宇宙産業を長く追っていれば、衛星や打ち上げロケットの壊滅的な故障の膨大な数の原因が、物理的には小さいがどこにでもある部品、つまりバルブにあることに気付くだろう。
バルブは宇宙船の構造において重要な役割を果たし、ヘリウムなどの圧力物質や推進剤の流れを調節します。打ち上げ機にも搭載されており、数から判断すると、これらのシステムにおいて最も一般的なサブコンポーネントの一つです。この現実は今週、アストロボティック社が、同社の月面着陸機「ペレグリン」が、ミッション終了につながる推進剤の漏れにより月面への軟着陸を試みることができなくなったと発表したことで、明確に浮き彫りになりました。原因は、バルブの再密閉に失敗したことが考えられます。
しかし、試験中や軌道上でバルブの問題によりミッションが中断された宇宙企業は、アストロボティック社だけではありません。ボーイング社は、有人カプセル型宇宙船スターライナーの2回目の軌道試験飛行において、バルブの問題によりミッションの大幅な遅延に直面しました。また、2019年には、スペースX社のクルードラゴンが地上試験中に推進システムのバルブ漏れにより爆発事故を起こしました。
「バルブを不調にさせる方法は千通りある」と、宇宙船の推進システムを開発するバーモント州の新興企業、ベンチマーク・スペース・システムズの最高技術責任者、ジェイク・テューファート氏は言う。
たとえ1000個でも控えめな表現かもしれません。一般的に、バルブはプランジャーで構成されており、作動後に元の位置に戻り、密閉する必要があります。「これに問題があれば、正しく閉まらず、漏れが発生する可能性があります」と、宇宙船設計者であり、gravityLabの創設者でもあるグラント・ボニン氏は述べています。
しかし、この説明はあまりにも単純すぎて、誤解を招く恐れがあります。航空宇宙用バルブは、超高精度で製造され、可能な限り軽量で、極限の温度、極限の流体、極限の振動環境、そして時には1平方インチあたり数千ポンドに達する極限の圧力など、数々の過酷な条件に耐えなければなりません。また、バルブには極めて低いリーク要件も求められます。テューファート氏によると、一部のバルブの許容リーク率は、200年間でわずか1グラムのヘリウム漏れに相当するとのことです。
エンジニアやバルブメーカーが対処しなければならない根本的な物理的現実が、事態をさらに複雑にしています。例えば、一部の燃料や酸化剤は特定のバルブガスケットポリマーと相性が悪く、化学的な不適合性は腐食や亀裂などの問題を引き起こす可能性があります。エンジニアはまた、「異物（FOD）」にも注意を払わなければなりません。これは、バルブを詰まらせたり、適切な密閉を妨げたりする可能性のある、ごく小さな異物や不純物の粒子です。たとえわずかな漏れでも、急速膨張したガスは冷却効果をもたらし、バルブが許容温度範囲外になる可能性があるため、暴走現象を引き起こす可能性があります。
テッククランチイベント
サンフランシスコ | 2025年10月27日～29日
技術者は地上で宇宙船をさまざまなテストにかけるが、飛行環境をそれに合わせることは限界がある、とテューファート氏は説明した。
「確かに、何かを振動台に乗せて（振動）プロファイルを取ることはできますが、飛行中は加圧され、酸化剤の蒸気にさらされている状態ではそうできないかもしれません。実際、飛行中はまさにそういう状況です」と彼は言った。「ほとんどの試験機関では、四酸化窒素の満タンのタンクを振動台に乗せたら、『ダメ』どころか『絶対にダメ』と言うでしょう。」
結局のところ、エンジニアは途方もなく長い故障モードのリストに直面し、ある時点でテストの信頼性を判断しなければなりません。さらに、企業が設計、調達、製造でスケジュールの余裕をすべて使い果たし、テスト部門に最も大きなスケジュールプレッシャーがかかることも珍しくありません。
「社内で人材の入れ替わりがあり、さまざまなベンダーと連携している場合、十分なテストを実施できず、こうした問題を見逃してしまう可能性が非常に高くなります」とボニン氏は言う。
バルブをもう1つ追加すれば、1つが開かなくなってもバックアップがあるのに、と考えるかもしれません。しかし、バルブを2つ（あるいは追加のサブコンポーネント）追加すると、1つのバルブでは決して発生しない、全く新しい故障モードが発生する可能性があります。
もう一つの問題はサプライチェーンです。SpaceXのStarlinkプログラム、AmazonのKuiper、OneWeb、そして数々の新興宇宙スタートアップ企業から比較的多くの宇宙船が生産されているにもかかわらず、宇宙船の部品は大量生産には程遠い状態です。
「根本的な問題は、宇宙がマスマーケットではないということです」とボニン氏は述べた。「航空宇宙業界の誰かが大量生産について話すたびに、私は笑ってしまいます。なぜなら、私たちは中規模規模の生産はしますが、真の大量生産は何もしていないからです。ですから、これらの企業にとって私たちは最優先の顧客ではないのです。」テューファート氏もこの意見に同意し、「航空宇宙特有のものとなると、業界として私たちはまだ職人技の手作りハードウェアの段階にあり、それはバルブにも間違いなく当てはまります。」と述べた。
製品生産量が比較的少ないため、製造は依然としてオーダーメイドの要素が強く、多くのバルブは特定の推進システムや宇宙船向けに極少量生産されています。しかし、サプライヤーの能力は必ずしも長期にわたって安定しているわけではありません。これは、製造プロセスが非常に小規模で、固有の知識に大きく依存しているためです。
「もし彼らが年間で大規模な、真の大量生産を行っているものであれば、そのバルブやその他の部品を長期にわたって確実に製造するための優れたプロセスと、広く共有された知識を持っているのです」とテューファート氏は述べた。「一方、ニッチ市場向けに年間10個程度しか製造していない、奇妙な小型航空宇宙用バルブは、ボブという60代前半で引退を視野に入れている人物が作っています。彼は数年ごとにバルブを製造していましたが、ボブが退職すると、後継者がいなくなるため、それまで培ってきたノウハウはすべて失われてしまいます。私は数多くの部品でこのような状況を見てきました。」
もちろん、これはすべてのプログラムに当てはまるわけではありません。例えば、バルブの設計・製造会社であるMarottaは、昨年の夏、 SpaceXに3万個目のソレノイドCoReバルブを納入したと発表しました。しかし、他のケースでは、小規模な宇宙企業は、少量生産で製造期間の長期化に対処したり、市販品を購入したり、社内で解決策を模索したりする必要があります。
「同じ部品を2回買うことはできますが、ジムが部品Aを作り、ジョーが部品Bを作ったとしたら、同じ部品番号でも品質は劇的に異なります」とボニン氏は言います。あるいは、主任技術者の月曜日の調子が悪かったら、工程を飛ばしてしまうかもしれません。こういうことには、人為的なミスがつきものです。
